新型军用功能性纺织面料的开发

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棉纺织技术
技术专论
新型军用功能性纺织面料的开发
张建春
（ 中国人民解放军总后军需装备研究所）
表 !" 抑菌率实测值 抗菌内裤 测试菌种 初始 金黄色葡萄球菌 大肠杆菌 绿脓杆菌 白色念珠菌 &%% ’’( ’ &%% ’’( ’ 洗 $% 次 ’) ’* ’+ ’, 初始 &%% ’% &%% &%% 洗 $% 次 ’$ -% ’) ’* 单位： # 抗菌袜
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万方数据
棉纺织技术
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$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$ 验， 摸索了形成防水透湿微孔薄膜的工艺条件和 设备参数， 在中试生产设备的基础上， 设计了世界 上第二条双向拉伸聚四氟乙烯微孔薄膜生产线， 设备设计原理及主要指 年生产能力为 !"" 万米， 特别是在卤素灯加热、 标与美国 #$%& 公司相当， 激光测厚、 计算机联动控制技术等方面有创新。 !" #$ 聚四氟乙烯防水透湿层压织物生产技术 针对聚四氟乙烯薄膜表面光滑、 极性小、 粘合 困难等问题， 一是研制开发了聚酯醚型热熔粘合 剂和耐低温有机硅粘合剂， 使层压织物的低温柔 软性优于美国 #$%& 公司的产品； 二是采用电晕辐 照技术， 有效地改善了聚四氟乙烯微孔薄膜的表 面粘结性能， 生产出性能优异的层压织物， 明显优 于美军同类产品 （ 见表 ! ） 。在没有现成的国内外 资料及经验可以借鉴的情况下， 在工艺流程、 设备 参数多次小样试验的基础上， 自行设计建成了国 内第一条年产 !"" 万米层压织物的复合生产线， 该项目被国家经贸委列为 ’(() 年国家重点新产 品 “ 双加” 工程开发计划， 于 ’((* 年底建成投产。 产品应用于部队极寒高寒地区防护服、 公安多功 能服、 南极考察服、 海上油田作业服、 海军出海服 等。聚四氟乙烯微孔薄膜良好的除尘过滤和液体 过滤性能还可应用于防化服和空气超净方面。
作者简介： 张建春， 男， $’/0 年生， 高级工程师， 北京， $%%%00 收稿日期： (%%$,%’,$$
透湿量 9 >・ 试样 孔半径的四 单位面积孔 厚度 =$ 名 次方 9 !8 数 9 个・<8 = ( 9 !8 （ <8( ・(. ?） $; (; *; .; /; 1; -; *(& ’* @ $% = * $%*& $. @ $% 1 /%& .0 @ $% = * $%1& 0- @ $% 1 -0& ’% @ $% = * .’& ’1 @ $% 1 01& ’% @ $% = * *1& %% @ $% 1 (*.’& %% @ $% = * -& // @ $% 1 $& %- @ $% = * *.*%& %% @ $% 1 %& 1( @ $% = * -’/%& %% @ $% 1 *(& ’*0& -’ (0& (./& ((1& -( (*& $% *.& (% /.’( //’% /10( /..% -*0( 1-$0 /’/0
万方数据
" " " !"##"$ %&’#()& %&*+$")",・&& ・【 &&】 $$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$ 型抗菌剂需用树脂固着在纤维上， 缓慢溶出， 达到 抗菌作用。因为它易从汗毛孔侵入人体血管， 且 连续使用长时间会产生抗药性菌， 所以无论从安 全性还是从耐久性考虑， 这种抗菌剂都不是最佳 选择。非溶出型抗菌剂则与纤维上的羟基、 氨基 起反应而与纤维结合， 只通过物理方式杀灭接触 到的细菌， 不破坏皮肤表面微生物的平衡， 具有安 全性和耐久性。本系列产品采用非溶出型抗菌剂 进行后整理加工。 !" #$ 抗菌性能测试 （ 见表 ! ）
表 !+ 聚四氟乙烯层压织物性能对比 检验值 检+ 验+ 项+ 目 我国 美军 标准规定 指标 ? 0:" + = 2""" = !" ? ’" :< " , :< "
理： 其一， 是有控制的释放机理。经过整理的织物 在足够的温湿度下有控制地释放出抗菌剂来， 其 速率足以杀死或抑制细菌和真菌的生长； 其二， 是 再生机理。抗菌织物通过水洗等过程引起化学键 断裂再生抗菌剂， 使其表面的抗菌剂含量不断维 持在一定水平； 其三， 是通过将某种阳离子物质与 纤维结合， 在织物表面生成生物障碍体， 达到静态 抑菌的效果。 #" #$ 抗菌防臭制品的研制 #" #" !$ 抗菌纤维 目前， 市场上的抗菌纤维主要是通过把抗菌 剂掺入纺丝液中而制成。抗菌纤维在使用过程中 抗菌剂会不断渗出至纤维表面， 维持一定的浓度 而具有良好的抗菌效果。 选择合适的抗菌剂比较困难。用于湿纺的抗 菌剂， 必须与成形纤维有很好的配伍性， 还要有一 定的耐化学性及溶解特性。用于熔纺的抗菌剂则 要求能耐高温、 与高分子材料有良好的相容性， 且 药剂的加入不影响纤维原有的力学性能。 有机类抗菌剂广谱抗菌、 毒性小， 但大多不耐 高温。近年来， 抗菌纤维的发展侧重于使用无机 抗菌剂， 其中以含抗菌沸石的纤维最为出名。由 于无机抗菌剂具有热稳定性强、 功能持久、 安全可 靠、 不会产生抗药性的特点， 一直得到人们的重 视。随着国内超微细技术的发展， 已能够批量生 产多种纤维用无机抗菌剂， 通过共混或复合引入 化纤之中， 实现了抗菌化纤的产业化。具有广谱 抗菌、 能有效除去其造成异味的抗菌除臭剂包括 氧化锌、 氯化镁、 二氧化硅、 银沸石、 载银硅硼酸 等， 本项目采用的丙纶抗菌纤维就是用含有这类 主要成分的纳米级复合粉体开发的。 根据化纤厂的实际情况和抗菌纤维生产的要 求， 我们采用了抗菌母粒与切片共混纺丝的工艺， 其中母粒中含复合抗菌粉体 ’"@ ， 共混切片中含 抗菌母粒 )@ A 0"@ 。纺丝工艺与普通丙纶基本 相仿： 抗 菌 剂 液 相 合 成 &% 分 离 &% 改 性 复 配 &%与丙纶切片共混&%抗菌母粒&%与丙纶切 片共混&%纺丝&%上油&%牵伸&%假捻加弹 &%分级包装&%成品。 #" #" #$ 抗菌整理 天然纤维由于难以通过纤维改性达到抗菌防 臭的效果， 所以到目前为止， 天然纤维制品的抗菌 防臭加工仍以后整理为主。从物理性能来看， 抗 菌整理剂可分为溶出型和非溶出型两大类。溶出
! ! 摘要： ! 详细介绍了聚四氟乙烯防水透湿层压织物、 抗菌防臭织物的作用机理及生产技术； 简要介绍了耐
高温阻燃织物、 凉爽涤纶的研究进展。通过大量测试数据分析， 表明这几种新型军用功能纺织面料功能优异， 性 能优于或基本接近世界先进水平。
! ! 关键词： ! 军用织物； 防水性； 透湿性； 抗菌性； 防臭织物； 阻燃织物； 性能 ! ! 中图分类号： "#$%$& ’( ) * ! ! ! 文献标识码： +! ! ! 文章编号： $%%$,-.$/ （ (%%( ） %$,%%%’,%. ! ! 随着核生化武器、 自动武器和侦视器材的快 速发展， 提高军服的综合防护性能已成为军需保 障的重要发展方向。为适应高技术条件下现代局 部战争的需要， 世界发达国家都把新材料的研究 与开发作为提高军服功效的重要突破口。$’01 年美军为极寒地区的部队装备了 2345,"56 层压 织物作战服， $’0- 年美国陆军装备了新式迷彩作 战服， $’’% 年美军为驻欧洲部队的坦克部队配发 了 73856 防火服。目前， 世界各国的军服材料正 向着高性能、 多功能、 复合化和智能化方向发展。 本文主要介绍了近年来我军在功能纺织材料研究 与开发方面取得的一些新成果。
表 $ 显示了薄膜的接触角和微孔半径对耐水 压有一定的影响， 其中孔半径对耐水压的影响更 大， 表 ( 是膜结构参数对透湿量的影响。首先我 们提出了透湿性、 防水性、 防风性等指标， 为该产 品的国产化批量生产奠定了基础。在美国 2345 公司技术垄断， 只卖产品不卖技术的情况下， 反复 多次进行了聚四氟乙烯微孔薄膜双向拉伸工艺试
单位面积重量 , -・. / 0 0!: ’(’< 2 /’ 透气量 , .! ・ （ .0 ・ 1 ） " ’9 :! ; ’"! /’ 2*:" ’" 2(" 透湿量 , -・ （ .0 ・02 3） = 0"" ’""9 0 耐静水压 , 456 >< ) (9 : 硬挺度 , 7. /’ :9 ) , :9 ’ )< 0 , 2< * 剥离强度 , 8・ （09 : 7.）
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棉纺织技术
价值的规律性结论。一方面对芳纶织物采用极性 溶剂预处理和载体染色方法以及高提升度的染料 进行染色， 织物颜色鲜艳， 色牢度好， 攻克了芳纶 纤维结晶度高、 分子间结合力强、 玻璃化温度高、 织物不能染色的难题； 另一方面采用独特的轧— 热焙工艺及先进合理的配方对芳棉混纺织物中棉 纤维进行阻燃整理， 改善了芳纶织物热收缩、 碳化 膜开裂的燃烧特征和 “ 阴燃” 现象， 使芳棉混纺织 物阻燃性优于纯芳纶织物。表 $ 显示了纯芳纶、 纯棉阻燃、 芳纶 . 棉 $% . $% 和芳纶 . 棉阻燃等织物 物理性能的对比结果， 表明芳纶 . 棉混纺阻燃织物 虽然断裂强力、 撕破强力有明显下降， 但不影响穿 着效果， 并明显改善了芳纶织物的阻燃效果， 特别 是芳纶织物热收缩和碳化膜开裂的缺点。 耐高温阻燃织物主要用于我军卫星发射中心 消防人员、 战略导弹部队、 海军舰艇、 空军飞行员 等部队的防护服装， 以减少和避免各种热传递形 式 （ 包括战火和核爆炸） 对指战员的伤害， 同时已 应用于消防、 冶金、 航空航天、 化工、 纺织等部门的 工业用耐热阻燃材料和热防护服装。芳纶织物染 色研究的成功， 使我国芳纶耐高温织物不再依赖 进口， 而价格仅为进口的 & . $ ， 推动了我国耐高温 阻燃织物的发展和应用。
表 (! 聚四氟乙烯膜的结构参数与透湿量
础上， 提出了层压复合织物透湿的基本理论， 建立 了聚四氟乙烯层压织物防水透湿的模型， 分析了 影响层压织物防水透湿性能的诸多因素， 详细测 试结果见表 $ 、 表 (。
表 $! 聚四氟乙烯膜的结构参数指标与耐水压值 试样名 $ (; *; .; /; 1; -;
!" 聚四氟乙烯防水透湿层压织物研究
!# !" 聚四氟乙烯微孔薄膜理论研究 目前， 研究与开发防水透湿织物有高密度织 造、 织物涂层和微孔薄膜层压复合三种方法， 而聚 四氟乙烯防水透湿层压织物代表了目前世界上该 研究领域的发展方向， 产品性能优异、 应用广泛。 我们在剖析美军目前装备由 2345,"56 层压织物 制作冬季迷彩作战服样品的基础上， 运用现代分 析测试手段， 探讨了聚四氟乙烯微孔薄膜的防水 透湿机理。在研究薄膜形态结构如膜孔尺寸、 形 状、 分 布 范 围、 单 位 面 积 孔 数、 三维结构的基
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接触角（ 9 :） $*1& %%% $.$& %%% $.$& 0%% $.%& 1%% $(’& .%% $*’& 1%% $%*& (%%
孔半径 9 !8 %& .(1 %& .-. %& /*% %& /.* $& (*0 %& $0$ %&Fra Baidu bibliotek$/0
耐水压值 9 8 $$& $%% $%& -%% ’& 0%% ’& .%% $& %0% $$& 0%% ’& 1*%
#$ 抗菌防臭织物研究
#" !$ 织物抗菌防臭机理 用于纺织品抗菌剂的品种主要有两大类： 有 机类和无机类。抗菌剂本身的抗菌机理取决于它 们的结构， 有机类抗菌剂一般是通过活性成分带 有正电荷的基团与细菌表面细胞的负电荷相吸引 以物理方式破坏细菌的细胞膜， 使细菌死亡。无 机类抗菌剂包括有机金属抗菌剂， 其抗菌作用是 以从纤维中徐徐溶出的微量金属离子向细菌细胞 内扩散， 引起细菌代谢障碍而死亡。 抗菌防臭织物能抗致病菌、 真菌基于三种机